Šiuolaikinis mokslas turi gana daug žinių apie Žemės atmosferą ir joje vykstančių procesų įvairovę. Atrodytų, visa tai turėtų būti gerai ištirta ir kruopščiai sumodeliuota mokslininkų pamėgtose laboratorijose. Tačiau pasirodo, kad iki šiol nėra aiškaus, vienareikšmio tokio reiškinio kaip atmosferos elektra vaizdo. Priešingai, yra keli modeliai, kurių kiekvienas turi savo privalumų ir trūkumų.
Šiek tiek istorijos
Asmuo, stovėjęs ties tyrimo ištakomis ir moksliškai patvirtinęs šio reiškinio egzistavimą, yra visame pasaulyje žinomas JAV formavimosi ideologas Benjaminas Franklinas. Iš tiesų, atmosferos elektra kaip fizinis reiškinys buvo prieš jį hipotetinių skaičiavimų stadijoje. Vienas iš Amerikos įkūrėjų pirmasis parodė savo buvimą ore, taip pat paaiškino priežastisžaibo atsiradimas. Įdomiausias dalykas šioje istorijoje yra tai, kad Franklinas tai patvirtino aitvaru su specialia smailia viela.
Tokiu būdu rinkdamas elektrą, jis gavo kibirkštinį išlydį, atidarydamas raktą paprasčiausioje įžeminimo grandinėje. Tačiau paprastas būdas įrodyti, kad atmosferoje yra įkrautų dalelių, jokiu būdu nesumenkina šio puikaus politiko, taip pat mokslininko nuopelnų atrandant čia nagrinėjamą gamtos reiškinį. Vėliau fizikai visame pasaulyje pradėjo patvirtinti savo rezultatus savo pačių tokio pobūdžio eksperimentais.
Kas yra atmosferos elektra?
Tai įvairių procesų, kuriuos sukelia įkrautų dalelių buvimas Žemę supančiame ore, derinys. Mokslininkai tiria tokius reiškinius kaip atmosferos elektrinis laukas, jo intensyvumas, su tuo susijusios srovės, erdvės krūviai ir daugelis kitų taškų. Pavyzdžiui, meteorologiniai, aplinkos veiksniai, poveikis įvairioms žmogaus antropologinės veiklos sritims: aviacijai, pramonei, žemės ūkiui ir kt.
Patogi fizinė analogija
Apytiksliai mūsų planeta yra didžiulis sferinis kondensatorius. Tai paprasčiausias prietaisas, galintis kaupti elektros energiją. Jonosfera ir pats žemės paviršius gali būti laikomos milžiniško kondensatoriaus plokštėmis. Šiuo atveju oras veikia kaip izoliatorius, kurį normaliomis sąlygomis turilabai mažas elektros laidumas. Žemės paviršius įkrautas neigiamai, o jonosfera – teigiamai.
Kaip ir tarp įprasto kondensatoriaus plokščių, čia susidaro elektrinis laukas, turintis visiškai unikalių savybių. Pavyzdžiui, jo intensyvumas yra didžiausias šalia žemės paviršiaus, didėjant aukščiui, jis mažėja eksponentiškai. Beje, jau 10 kilometrų aukštyje virš jūros lygio jo vertė yra 30 kartų mažesnė. Šis laukas iš esmės sudaro visą reiškinių įvairovę, sujungtą bendru pavadinimu „atmosferos elektra“.
Tai vienas iš labiausiai paplitusių modelių šiuolaikiniame mokslo pasaulyje. Tai vadinama Wilsono teorija. Taip pat yra sovietų mokslininko Frenkelio iškelta hipotezė, pagal kurią jonosfera nevaidina jokio reikšmingo vaidmens kuriant elektrinį lauką. Jis manė, kad jis susidaro daugiausia dėl žemės paviršiaus ir debesų sąveikos, taip pat dėl jų poliarizacijos.
Natūralus generatorius
Bet jei grįšime prie kondensatoriaus modelio, kuriame pateikiama ne tik gera analogija, bet ir teorinės galimybės sukurti praktiškai laisvos energijos š altinius, tai atmosferos elektra pasireiškia vos keliais pagrindiniais procesais. Apsvarstykite svarbiausius dalykus.
Visų pirma, tai yra vadinamosios nuotėkio srovės. Kalbant apie įprastą kondensatorių, tai yra parazitiniai reiškiniai, kurie sumažina jo efektyvumą kaupiant krūvį. Atmosferos atveju tai yra konvekcinės srovės, susidarančios, pavyzdžiui, inuraganų ir perkūnijų zonose. Jų stiprumas siekia dešimtis tūkstančių amperų, ir, nepaisant to, potencialų skirtumas tarp žemės paviršiaus ir jonosferos nepatiria jokių reikšmingų pokyčių, žinoma, išsaugant lauko stiprumą. Elektros grandinėje, kurioje yra kondensatorius, tai įmanoma tik naudojant papildomą generatorių.
Vadovaujantis logika, verta manyti, kad kažkas panašaus yra Žemės atmosferos atveju. Iš tiesų, toks energijos š altinis yra. Tai mūsų planetos magnetinis laukas, kuris, sukdamasis kartu su juo saulės spinduliuotės sraute, sukuria galingą generatorių. Beje, yra mintis panaudoti jos energiją, naudojant tiesiog atmosferos elektrą. Laisva energija yra neįtikėtinai galingas stimulas plėtoti mokslinę mintį visose žmogaus veiklos srityse. Ši tendencija neaplenkė atmosferos reiškinių fizikos. Bet daugiau apie tai vėliau.
Perkūnija
Kitas įdomus ir svarbus procesas atmosferoje yra kibirkštinių dujų išmetimas, lydimas perkūnijos. Kaip ir konvekcinės srovės, tai yra parazitinis reiškinys elektros lauko, sukurto tarp Žemės paviršiaus ir jonosferos, kondensatoriaus modelio požiūriu. Ir tai, deja, toli gražu neapsiriboja neigiamu iškrovos reiškinių atmosferoje poveikiu. Čia reikėtų atkreipti dėmesį į žaibo pavojų antropogeninės veiklos antžeminiams objektams, įskaitant naikinamąjį smūgio ir šiluminių perkrovų poveikį, lydintį šį didžiulį reiškinį.
Užtrauktukai
Žaibo elektrinio pobūdžio įrodymas, taip elegantiškai įrodytasFranklinas, sudaro vieną logišką klausimą. Greičiausiai jis nerimavo net tėvo įkūrėjo amžininkams. Taigi, ar atmosferos elektros įtampa yra aukšta ar žema?
Pagal jau minėtą kondensatoriaus modelį potencialų skirtumas tarp plokščių planetinėje skalėje turėtų sudaryti elektrinį lauką. Iš tiesų, neigiamai įkrautas Žemės paviršius, viena vertus, ir teigiamai įkrauta jonosfera sudaro didelio intensyvumo lauką. Elektros reiškiniai debesyse sukuria didžiulius kosminius krūvius tiesiog apatinėje atmosferos dalyje. Todėl lauko stiprumas žemės paviršiuje yra daug didesnis nei, pavyzdžiui, 10 km aukštyje.
Akivaizdu, kad tokio intensyvumo elektrinis laukas sukuria galingas iškrovos sroves, kurias nepatyręs stebėtojas gali pamatyti per įprastą perkūniją vidutinėse platumose. Todėl įtampa išleidimo kanale yra aukšta.
Šv. Elmo žiburiai
Be kibirkšties, atmosferoje yra ir vainiko iškrova, kuri dėl istorinės tradicijos vadinama Šv. Elmo gaisrais. Tai atrodo kaip šepečiai ar šviečiantys pluoštai aukštų objektų, tokių kaip laivų stiebai, bokštai ir kt., galuose. Be to, šį reiškinį galima stebėti tik tamsoje. Šv. Elmo žiburių atsiradimo priežastis yra aplinkos elektrinio lauko stiprumo padidėjimas, pavyzdžiui, artėjant perkūnijai, audrai, pūgai ir pan.
Toks iškrovimas gali būtigana lengva gauti namuose. Iš tiesų, „pasidaryk pats“atmosferos elektra yra labai paprastas dalykas. Pavyzdžiui, galite nusivilkti sintetinį megztinį ir pradėti nešti prie jo adatą. Iš tam tikro atstumo jo gale atsiras iškrova, kurią galima aiškiai pastebėti visiškoje tamsoje.
Fireball
Kitas perkūnijos pasireiškimas yra dujų išmetimas, dažniausiai sferinės formos. Kalbame apie kamuolinį žaibą, kuris yra unikalus ir labai retas gamtos reiškinys. Mokslininkai vis dar negali susitarti dėl tinkamo teorinio šio reiškinio egzistavimo pagrindimo. O iki 2012 metų iš viso nebuvo jokių dokumentinių įrodymų apie kamuolinio žaibo realumą. Kad ir kaip būtų, tai dar viena Žemės atmosferos paslaptis, su kuria mokslininkai vis dar kovoja.
Aplinkos veiksnys
Apie žaibo poveikį įvairioms žmogaus veiklos rūšims jau buvo pasakyta aukščiau. Atmosferos elektra kaip aplinkos veiksnys yra labai svarbus dalykas, kurį taip pat reikėtų aptarti. Žmogaus vystymosi požiūriu į įvairius išteklius, kuriuos jam teikia Žemės planeta, oro aplinka suteikia jam galimybę išlaikyti egzistavimą kaip rūšį.
Elektrinio lauko buvimas atmosferoje turi daug nemalonių pasekmių žmogaus veiklai. Kai kurie iš jų yra gana nekenksmingi, tačiau daugelis apraiškų verčia geriausius inžinerinius protus sugalvoti veiksmingų būdų, kaip nuraminti didžiules jėgas.gamta.
Gyvenimo saugumas
Atmosferos elektra ir apsauga nuo jos yra svarbiausias klausimas, kurį reikėtų aptarti ekologijos kontekste. Natūralu, kad patys pavojingiausi yra galingiausi kibirkštiniai išlydžiai, pavyzdžiui, žaibas. Ir tai taikoma ne tik jų antžeminėms veislėms. Vidiniai debesies žaibai kelia tam tikrą grėsmę civilinei ir karinei aviacijai. Vienaip ar kitaip, visi išmetimo atmosferos reiškiniai yra atidžiai stebimi ir išvengiama galimos žalos. Tai atlieka specialios inžinerinės tarnybos toje pačioje aviacijos, laivų statybos ar pastatų, elektrinių ir tt žaibosaugos tarnybose.
Nemokama energija
Pabaigai grįžkime prie praktiškai nemokamos energijos, kurią gali suteikti atmosferos elektra, klausimo. Tesla, žinomas žaibo meistras, atliko daugybę tyrimų, kad šis gamtos reiškinys būtų pritaikytas praktiškai. Jo darbas nenuėjo veltui. Šiuolaikiniai inžinieriai patentuoja įvairius energijos gamybos būdus dėl to, kad šalia žemės paviršiaus yra galingas elektrinis laukas.
Ryškus pavyzdys yra grandinė su vertikaliai sumontuotu įžemintu laidininku, tarp kurio viršutinio ir apatinio galų atsiranda potencialų skirtumas dėl to paties lauko buvimo. Šią jo sukurtą energiją galima išgauti suformuojant kontroliuojamą vainikinį išlydį viršutiniame laidininko gale. Dėl to laidininke galima palaikyti srovę, o tai reiškia, kad saugu prie jo prijungti vartotoją.
Taigi, atmosferos elektra, nepaisant esamų grėsmių normaliai antropogeninei veiklai, taip pat atveria puikias perspektyvas aprūpinti visą žmoniją praktiškai nemokama energija.
